• Биография
• Автореферат
• Библиотека
• Ссылки
• Портал Магистров

Повышение эффективности сжигания топлива в жаротрубных котлах малой мощности

Основное количество котельных Донецкого региона построено в 60х-70х годах. Оборудование физически и морально изношено. Более 102 котлов имеют эксплуатационный срок больше 20 лет, а 94 котла – больше 30 лет. В период с 2000 по 2007 год установелено до ста единиц котлов, в том числе жаротрубных, секционных и др.
Особенности конструкции жаротрубных котлов – это маленький объем топки, короткие газоходы. Отношение радиационной поверхности нагрева к объему топки в 10-15 раз превышает аналогичный показатель промышленных котлов, а длина пути продуктов сгорания в зоне высоких температур меньше, чем у промышленных котлов и составляет 0,5-0,7 м. Средняя температура стенки в 2-3 раза ниже, чем у промышленных котлов. Действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки ниже расчетной. Эксплуатируются они на естественной тяге, создаваемой небольшими по высоте дымовыми трубами и имеют небольшой объем продуктов сгорания. При содержании в дымовых газах большого количества влаги (например при сжигании сжиженного или природного газа) в холодное время года возможно обледенение устья дымовой трубы, что приводит к невозможности снижения температуры уходящих газов нижу 1800-2000.
Невозможность снижения температуры уходящих газов из-за ограничений по тяге, некачественные горелочные устройства – все это приводит к необходимсоти дополнительных исследований по повышению эффективности сжигания и качества подготовки газовоздушной смеси.
В последнее время для улучшения смесеобразования используют двухпроводные смесительные горелки с принудительной подачей воздуха вентилятором, в которых газ и воздух подаются по двум трубам и смешиваются в топке. Подача воздуха под давлением дает возможность обеспечить большую тепловую мощность при сравнительно небольших размерах горелки. Для придания воздуху вращательного движения на соплах используют завихрители с постоянным и переменным углом наклона лопаток. Полнота сгорания газа обеспечивается при минимальных коэффициентах избытка воздуха. Горелки работают на низком, реже – на среднем давлении газа. Благодаря простоте конструкции эти горелки получили широкое распространение, однако не всегда обеспечивается, особенно у горелок с центральней подачей газа, удовлетворительное начальное распределение газа, особенно при двухрядном и более, расположении газораздаточных отверстий разного диаметра.
Задача интенсификации процессов сжигания топлива в жаротрубных котлах заключалась в оптимизации условий смесеобразования для обеспечения нормального начального распределения газа по поперечному сечению горелки, что позволит снизить: химический недожог, потери тепла с уходящими газами и количество вредных выбросов. В конечном итоге это приводит к снижению удельного расхода топлива и повышению коэффициента полезного действия котла.

Рис.1. Горелка ГА до модернизации.

Как правило, в жаротрубных котлах устанавливаются горелки типа Г, ГА, ГГС (Рис.1), в которых тепловая мощность определяется количеством сопел, каждое из которых является отдельным смесительным устройством, где происходит смешение струй газа, выходящих из конического насадка под определенным углом к продольной оси горелки, и закрученного направляющими лопатками потока воздуха. Газовые элементы объединены общим воздушным корпусом. Так как в горелке осуществляется центральная подача воздуха, то улучшить смесеобразование можно путем замены двухрядной раздаточной системы на однорядную, увеличения количества газовых сопел и уменьшением их диаметра. В результате увеличивается скорость истечения газовоздушной смеси. Газовые сопла выполняются диаметром, равным 0,016 диаметра горелки с шагом между осями газовых сопел, равным 8 диаметрам сопла и расположены на окружности, которая имеет диаметр, равный 0,93 диаметра горелки (рис.2)

Рис.2 Горелка ГА после модернизации
Применение предлагаемой конструкции позволит усовершенствовать процесс перемешивания в факеле и получить как дополнительную величину теплового напряжения, так и равномерное горение топлива по всему сечению факела, происходящее с примерно одинаковой интенсивностью на поверхности раздробленных газовых частиц, окруженных воздухом, что достигается путем дробления потоков на более мелкие и интенсификацией процесса смешения. Это приведет к возможности организации полного сгорания газа при минимальном избытке воздух.
Генерация вредных выбросов воздушных NOx связана с максимальной температурой факела и временем пребывания в нем топлива. Предложенная модель уменьшает время пребывания топлива в факеле и создает условия для получения контролируемой температуры в факеле.
Таким образом интенсификация процесса горения в топке позволяет уменьшить содержание NO2 и CO в продуктах сгорания жаротрубных котлов.

Назад